NO161603B

NO161603B - APPLICATION OF FLUORATED NORBORNYLSILOXANES FOR DEFINING NEW TRANSPORTED, EXHAUSTED OIL OIL.

Info

Publication number: NO161603B
Application number: NO851582A
Authority: NO
Inventors: Roland Berger; Hans-Fredi Fink; Goetz Koerner; Jaroslav Langner; Christian Weitemeyer
Original assignee: Goldschmidt Ag Th
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1989-05-29
Also published as: NO161603C; GB8516134D0; US4626378A; GB2161498A; DE3423609C1; NO851582L; GB2161498B

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av legemer av ferritisk rustfritt stål med høyt krominnhold. Process for the production of ferritic stainless steel bodies with a high chromium content.

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstilling av legemer av This invention relates to a method for producing bodies of

ferritisk rustfritt stål med høyt krominnhold, fortrinnsvis med 30—55 pst. krom. ferritic stainless steel with a high chromium content, preferably with 30-55 percent chromium.

Hovedformålet for oppfinnelsen er å gjøre The main purpose of the invention is to make

det mulig å bruke slike stål til teknisk it is possible to use such steels for technical

fremstilling av rustfrie gjenstander. Et manufacture of stainless steel items. One

spesielt formål for oppfinnelsen er å fremskaffe et legeme av ferritisk rustfritt stål particular purpose of the invention is to provide a body of ferritic stainless steel

som kan brukes som utgarigsmateriale til which can be used as release material for

en valse- eller smiprosess. Et annet formål a rolling or forging process. Another purpose

for oppfinnelsen er å fremskaffe et stål for the invention is to provide a steel

med liten kornstørrelse som i det vesentlige er homogent og anisotropt, for derved with a small grain size which is essentially homogeneous and anisotropic, because thereby

å unngå seigringer, kanaler eller andre de-fekter som forekommer i stål som er blitt to avoid welds, channels or other defects that occur in steel that has become

laget på vanlig måte av blokker. Som bak-grunn for oppfinnelsen skal angis noe alminnelig informasjon om rustfritt stål. made in the usual way from blocks. As background for the invention, some general information about stainless steel must be given.

Det vanligste rustfrie stål har en så-kalt 18/8-analyse, dvs. dets viktigste lege-ringskomponenter er tilnærmet 18 pst. The most common stainless steel has a so-called 18/8 analysis, i.e. its most important alloy components are approximately 18 per cent.

krom og 8 pst. nikkel. Omtrent 2/3 av alt chrome and 8 percent nickel. About 2/3 of everything

rustfritt stål hører til denne typen. Den stainless steel belongs to this type. It

resterende tredjedel består av stål som i remaining third consists of steel as i

hovedsaken inneholder krom som lege-ringselement, og de fleste av disse stål inneholder 13—18 pst. krom. En liten gruppe the main part contains chromium as an alloying element, and most of these steels contain 13-18 per cent chromium. A small group

rustfritt kromstål inneholder mer krom, chrome stainless steel contains more chromium,

20—30 pst., og disse stål brukes alminnelig 20-30 per cent, and these steels are generally used

som «ildfaste» stål på grunn av deres ut-merkede motstand mot gasskorrosjon ved as "refractory" steels due to their excellent resistance to gas corrosion by

høye temperaturer. high temperatures.

De sistnevnte stål har også en god ge-nerell resistens mot korrosjon på grunn av I The latter steels also have a good general resistance to corrosion due to I

deres høye krominnhold. Ikke desto mindre brukes de ikke som rustfri stål, fordi deres styrke og sveisbarhet f.-eks. er underlegen i forhold til stål av • 18/8-typen. De stål som inneholder 20—30 pst. krom kan med fordel fremstilles ved fremgangsmåter i henhold til oppfinnelsen, og de skal derfor beskrives i det følgende. their high chromium content. Nevertheless, they are not used as stainless steel, because their strength and weldability e.g. is inferior to steel of the • 18/8 type. The steels containing 20-30 per cent chromium can be advantageously produced by methods according to the invention, and they shall therefore be described in the following.

Et stål med lavt karboninnhold og et krominnhold som er høyere enn ca. 20 pst. viser ingen faseforandring fra alfa- til gammafase når det avkjøles fra smeltepunktet til romtemperatur. Strukturen er ferritisk, og den inneholder karbider og nitrider på korngrenseflatene. Det smeltede stål har høy viskositet nær smeltepunktet, på grunn av det høye krominnhold. Man støper derfor stålet ved temperaturer adskillig over smeltepunktet. Det smeltede stål stivner med relativt stor krymping, og det faste stål har lav varmeled-ningsevne. Disse to fakta er skyld i en viss tendens til at stålet slår sprekker. Den høye støpetemperatur gir grov kornstruk-tur. A steel with a low carbon content and a chromium content higher than approx. 20 percent shows no phase change from alpha to gamma phase when cooled from the melting point to room temperature. The structure is ferritic, and it contains carbides and nitrides on the grain boundaries. The molten steel has a high viscosity near the melting point, due to the high chromium content. The steel is therefore cast at temperatures well above the melting point. The molten steel solidifies with relatively large shrinkage, and the solid steel has a low thermal conductivity. These two facts are responsible for a certain tendency for the steel to crack. The high casting temperature results in a coarse grain structure.

På grunn av de før nevnte fakta er det vanskeligheter forbundet med varme-bearbeidning av det omtalte ferritiske kromstål, og utbyttet er ofte lavt. Disse vanskeligheter øker med stigende krominnhold, og derfor har stål med mer enn 30 pst. krom ikke hatt noe praktisk bruk. - Jernkromlegeringer med opp til 75 pst. krom er blitt videnskapelig undersøkt, se f. eks. Publ. IRSID, november 1955, Ser. A. No. 117. Man fant at legeringer med opp til 50 pst. krom var smibare i varm og kald tilstand, forutsatt at de er laget av meget rene råmaterialer, og at de smeltes og stø-pes i vakuum for å få usedvanlig små innhold av karbon og gassformige forurens-ninger som oksygen, nitrogen og hydrogen. Slik fremstilling er meget kostbar og har sannsynligvis bare videnskapelig interesse. Due to the aforementioned facts, there are difficulties associated with heat-working the mentioned ferritic chrome steel, and the yield is often low. These difficulties increase with increasing chromium content, and therefore steels with more than 30 per cent chromium have had no practical use. - Iron-chromium alloys with up to 75 per cent chromium have been scientifically investigated, see e.g. Publ. IRSID, November 1955, Ser. A. No. 117. It was found that alloys with up to 50 per cent chromium were malleable in hot and cold conditions, provided that they are made from very pure raw materials, and that they are melted and cast in a vacuum to obtain exceptionally low contents of carbon and gaseous pollutants such as oxygen, nitrogen and hydrogen. Such production is very expensive and is probably only of scientific interest.

I henhold til det foran anførte går oppfinnelsen ut på en fremgangsmåte til fremstilling av legemer av ferritisk rustfritt stål med et krominnhold av 20—55 pst., fortrinnsvis 30—55 pst., og fremgangsmåten er karakterisert ved at det smeltede stål støpes til en blokk i en blokkform, at blokken underkastes en varmebehandling ved 600—900 °C i noen timer til noen dager for å frembringe en sprø fase i blokken, hvoretter den sprø blokk pulveriseres og det sprø pulver oppvarmes til en temperatur mellom 900 og 1000°C i så lang tid at den sprø fase forsvinner, og det myke pulver sintres ved minst 1000°C så at det ønskede legeme dannes. In accordance with the foregoing, the invention concerns a method for producing bodies of ferritic stainless steel with a chromium content of 20-55 per cent, preferably 30-55 per cent, and the method is characterized by the molten steel being cast into a block in a block form, that the block is subjected to a heat treatment at 600-900°C for a few hours to a few days to produce a brittle phase in the block, after which the brittle block is pulverized and the brittle powder is heated to a temperature between 900 and 1000°C in so long that the brittle phase disappears, and the soft powder is sintered at at least 1000°C so that the desired body is formed.

I henhold til en utførelsesform av fremgangsmåten formes det myke pulver under trykk til det ønskede legeme og legemet sintres ved en .temperatur på minst 1000°C til en høyere styrke enn styrken av den opprinnelige blokk. According to one embodiment of the method, the soft powder is formed under pressure into the desired body and the body is sintered at a temperature of at least 1000°C to a higher strength than the strength of the original block.

Andre trekk ved fremgangsmåten vil fremgå av den følgende beskrivelse. Other features of the method will appear from the following description.

En annen utformning av oppfinnelsen som fortrinnsvis brukes til fremstilling av halvfabrikata, består i at det sprø pulver lukkes inne i en metallbeholder, hvorpå beholderen og pulveret oppvarmes til en slik temperatur at den sprø fase forsvinner, beholderen og det myke pulver som er inni den bearbeides varmt for å presse sammen pulveret, og den varmebearbei-dede beholder og det sammenpressede pulver i denne oppvarmes til en slik temperatur at det komprimerte pulver sintrer og danner den ønskede form. Beholderen be-skytter pulveret under de forskjellige ar-beidstrinn. Beholderen fjernes fortrinnsvis fra stållegemet efter sintringen, og den således fremstilte halvferdige gjenstand kan nu underkastes den vanlige valseprosess, for eksempel til fremstilling av stenger, staver, tråd og lignende. Beholderen kan være laget av et billig jernmateriale, som et jernrør eller en blikkboks. Man foretrekker å legge et skillemiddel på beholderens innervegg, for å hindre stålet fra å hefte til beholderens vegg. Skillemidlet kan være et aluminiumfolie eller alumini-umpulver for eksempel. Another design of the invention, which is preferably used for the production of semi-finished products, consists in the friable powder being closed inside a metal container, after which the container and the powder are heated to such a temperature that the friable phase disappears, the container and the soft powder that is inside it are processed hot to compress the powder, and the heat-treated container and the compressed powder in it are heated to such a temperature that the compressed powder sinters and forms the desired shape. The container protects the powder during the various work steps. The container is preferably removed from the steel body after sintering, and the semi-finished object thus produced can now be subjected to the usual rolling process, for example for the production of rods, rods, wire and the like. The container can be made of an inexpensive iron material, such as an iron pipe or a tin can. It is preferred to put a separating agent on the inner wall of the container, to prevent the steel from sticking to the wall of the container. The separator can be an aluminum foil or aluminum powder, for example.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen The method according to the invention

omfatter pulvermetallurgiske operasjoner. Pulvermetallurgi er tidligere blitt brukt til fremstilling av gjenstander av rustfritt stål, nemlig av på forhånd legerte pulvere som er fremstilt ved forstøvning av rustfritt stål, og av en blanding av jernpulver og et høylegert pulver. I begge tilfeller har den kjente teknikk medført noen ulemper. Det forstøvede pulver er forholdsvis dyrt, og det har en utpreget tilbøyelighet til å herdne når det bearbeides kaldt (presses). Derfor bør sintringsoperasjonen fortrinnsvis gjøres i to trinn med en mellom-liggende presseoperasjon. includes powder metallurgical operations. Powder metallurgy has previously been used to produce stainless steel items, namely from pre-alloyed powders produced by atomizing stainless steel, and from a mixture of iron powder and a high-alloy powder. In both cases, the known technique has entailed some disadvantages. The atomized powder is relatively expensive, and it has a distinct tendency to harden when cold processed (pressed). Therefore, the sintering operation should preferably be done in two stages with an intermediate pressing operation.

Når man sintrer en blanding av flere pulvere er det ikke tilstrekkelig å sintre blandingen bare slik at pulverpartiklene sveises sammen. Sintringen må fremkalle en diffusjon som fører til en vesentlig ega-lisering av sammensetningen. En lang sin-tringstid og høy temperatur er påkrevet, hvilket fører til krymping av pulveret under sintreprosessen. Disse mangler kan unngåes eller minskes med den pulvermetallurgiske arbeidsmåte ifølge oppfinnelsen. When sintering a mixture of several powders, it is not sufficient to sinter the mixture only so that the powder particles are welded together. The sintering must induce a diffusion which leads to a substantial equalization of the composition. A long sintering time and high temperature are required, which leads to shrinkage of the powder during the sintering process. These defects can be avoided or reduced with the powder metallurgical working method according to the invention.

Utgangsmaterialet for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er et rustfritt, ferritisk stål med høyt krominnhold, for eksempel med 30—55 pst. krom. Stålet kan inneholde andre elementer, for eksempel silisium, som letter dannelsen av en sprø fase i stålet. Silisium reduserer imidlertid duktiliteten i den ferdige gjenstand. Av denne grunn foretrekker vi i alminnelighet en silisiummengde som er mindre enn 3 pst., og fortrinnsvis mindre enn 1 pst. Stålet kan inneholde andre elementer som fremmer en videre økning av korrosjons-motstanden, såsom nikkel. Tilsetning av nikkel er imidlertid i regelen unødvendig, siden et innhold av 30—55 pst. krom gir stålet en meget god korrosjonsmotstand. The starting material for the method according to the invention is a stainless, ferritic steel with a high chromium content, for example with 30-55 percent chromium. The steel may contain other elements, for example silicon, which facilitate the formation of a brittle phase in the steel. However, silicon reduces the ductility of the finished object. For this reason, we generally prefer a silicon quantity that is less than 3 percent, and preferably less than 1 percent. The steel may contain other elements that promote a further increase in corrosion resistance, such as nickel. However, the addition of nickel is generally unnecessary, since a content of 30-55 per cent chromium gives the steel very good corrosion resistance.

Oppfinnelsen angår spesielt stål som i hovedsaken består av jern og krom, fortrinnsvis i en samlet mengde på over 95 pst. The invention relates in particular to steel which mainly consists of iron and chromium, preferably in a total amount of more than 95 per cent.

Stålet fremstilles efter vanlige meto-der, for eks. i en høyfrekvensovn. Renhe-ten i råmaterialet er ikke avgjørende, og man behøver ikke å bruke vakuum under smelte- og tappe-operasjonene. Det smeltede stål støpes i en form til en blokk. Blokken vil ha et forholdsvis høyt nitro-geninnhold, hvilket gjelder for alle stål med høyt krominnhold som er smeltet i luft. Derfor vil blokken ha en grov ferritisk struktur og inneholde karbider og nitrider på korngrensene. The steel is produced according to usual methods, for example in a high frequency oven. The purity of the raw material is not decisive, and you do not need to use a vacuum during the melting and tapping operations. The molten steel is cast in a mold into a block. The block will have a relatively high nitrogen content, which applies to all steel with a high chromium content that is melted in air. Therefore, the block will have a coarse ferritic structure and contain carbides and nitrides on the grain boundaries.

Som foran nevnt skulle legeringen velges slik at den gir de best mulige betin-geiser for at den sprø fase (sigma-fasen) kan dannes. Sammensetningen bør også velges slik at ferriten, som dannes når sigma-fasen elimineres, blir så myk og kom-primerbar som mulig. Figur 3 viser sigma-fasens område og hårdheten i krom-ferriten som funksjon av krominnholdet. Man kan avlese av figur 3 at den stålsammensetning som er optimal fra pulvermetallurgisk standpunkt er ca. 43 pst. krom. Dette gjelder for en legering som ikke inneholder silisium. Et lavt innhold av silisium forandrer ikke hårdhetskurven vesentlig, men det utvider i vesentlig grad området for sigma-fasen. Til praktisk bruk er derfor en legering med 38—40 pst. krom og tilnærmet 1 pst. silisium mer å foretrekke. As mentioned above, the alloy should be chosen so that it provides the best possible conditions for the brittle phase (sigma phase) to form. The composition should also be chosen so that the ferrite, which is formed when the sigma phase is eliminated, becomes as soft and compressible as possible. Figure 3 shows the area of the sigma phase and the hardness of the chromium ferrite as a function of the chromium content. It can be read from figure 3 that the steel composition which is optimal from a powder metallurgical point of view is approx. 43 percent chromium. This applies to an alloy that does not contain silicon. A low content of silicon does not significantly change the hardness curve, but it significantly expands the area for the sigma phase. For practical use, an alloy with 38-40 per cent chromium and approximately 1 per cent silicon is therefore more preferable.

Blokken varmebehandles så ved 600— 900°C i en tid fra noen timer til noen dager for å fremkalle en sprø fase i stålet. Varmebehandlingen består fortrinnsvis i at blokken anbringes i en grubeovn hvor den får bli i den ønskede tid. Tiden og temperaturen bestemmes av stålets sammensetning. Et stål som foruten jern inneholder 35 pst. krom og 0,5 pst. silisium tren-ger 14 dager ved 720°C før den sprø fase er helt utviklet. Hvis krominnholdet økes til 40 pst. og silisiuminnholdet til 1 pst., reduseres tiden til en dag ved samme temperatur, og en økning av krominnholdet til 48 pst. og silisiuminnholdet til 1,5 pst. reduserer tiden til noen få timer. The block is then heat treated at 600-900°C for a period of a few hours to a few days to induce a brittle phase in the steel. The heat treatment preferably consists of the block being placed in a pit furnace where it is allowed to remain for the desired time. The time and temperature are determined by the composition of the steel. A steel which, in addition to iron, contains 35 per cent chromium and 0.5 per cent silicon needs 14 days at 720°C before the brittle phase is fully developed. Increasing the chromium content to 40 percent and the silicon content to 1 percent reduces the time to a day at the same temperature, and increasing the chromium content to 48 percent and the silicon content to 1.5 percent reduces the time to a few hours.

Den sprø fase som fremkommer ved denne varmebehandling kalles i alminnelighet sigmasfasen. Nevnte uttrykk brukes i denne beskrivelse slik at den ikke bare omfatter den rene sigmafase, men også noen beslektede sprø faser med lignende krystallstruktur. The brittle phase that results from this heat treatment is generally called the sigma phase. Said expression is used in this description so that it includes not only the pure sigma phase, but also some related brittle phases with a similar crystal structure.

Når blokken er nedkjølt, knuses den til stykker som pulveriseres til den ønskede partikkelstørrelse. Pulveret bør fortrinnsvis passere en sikt med 325 mesh pr. tomme, hvis man vil ha en riktig finkor-net ferdig gjenstand. Pulveriseringen er særlig lett for et stål som inneholder 30— 55 pst. krom. Ved denne pulveriserings-prosess spaltes stålet ikke bare langs de opprinnelige ferritiske korngrenser, men også langs de svekkede soner i sigmagit-teret. Hele overflaten for metallpartiklene er adskillig større enn den samlede overflate av de ferritiske grenseflater. Once the block has cooled, it is crushed into pieces which are pulverized to the desired particle size. The powder should preferably pass a sieve with 325 mesh per inch, if you want a really fine-grained finished object. Pulverization is particularly easy for a steel containing 30-55 percent chromium. In this pulverization process, the steel is split not only along the original ferritic grain boundaries, but also along the weakened zones in the sigmoid. The entire surface area for the metal particles is considerably larger than the total surface area of the ferritic interfaces.

Karbider og nitrider vil for en stor del være beliggende inni de således fremstilte partikler. Pulverpartiklene vil følgelig ha i det vesentlige rene, metalliske overflater, hvilket letter sintringsprosessen. Carbides and nitrides will to a large extent be located inside the thus produced particles. The powder particles will consequently have essentially clean, metallic surfaces, which facilitates the sintering process.

Det sprø pulver som således er fremstilt oppvarmes så til en temperatur som The friable powder thus produced is then heated to a temperature which

er høy nok til at sigmafasen spaltes. Temperaturen bør fortrinnsvis være 900— 1100°C, og den fulle temperatur holdes i noen få timer. Pulveret bør fortrinnsvis holdes inne i lukkede beholdere under denne oppvarmning. Pulveret kan for eksempel presses sammen i et tynnvegget rør is high enough for the sigma phase to split. The temperature should preferably be 900-1100°C, and the full temperature is maintained for a few hours. The powder should preferably be kept in closed containers during this heating. The powder can, for example, be pressed together in a thin-walled tube

av metallblikk som er lukket i begge ender. Den lille luftmengde som blir igjen i en of sheet metal that is closed at both ends. The small amount of air that remains in one

slik lukket beholder forringer ikke vesentlig pulverets kvalitet under sintringsprosessen. Som beskrevet nedenfor, kan det til og med være fordelaktig å ha noe luft eller oxygen tilstede for å få dannet et tynt oksydlag på overflaten av kornene. Det trenges derfor ingen beskyttende gass under sintringen i lukkede beholdere. Hvis derimot pulveret sintres i åpne beholdere, brukes fortrinnsvis en beskyttende gass, som hydrogen. Denne oppvarmningspro-sess vil enten fjerne den sprø fase, eller den reduserer mengden av sprø fase så at pulverpartiklene i det vesentlige blir duktile. such a closed container does not significantly impair the quality of the powder during the sintering process. As described below, it may even be beneficial to have some air or oxygen present to form a thin oxide layer on the surface of the grains. No protective gas is therefore needed during sintering in closed containers. If, on the other hand, the powder is sintered in open containers, a protective gas, such as hydrogen, is preferably used. This heating process will either remove the brittle phase, or it reduces the amount of brittle phase so that the powder particles essentially become ductile.

Hvis det myk-glødede pulver som således er fremstilt skal brukes til fremstilling av ferdige gjenstander, tas det ut av den beholder som det er glødet i. Mykglød-ningsprosessen bevirker^.noe sintring eller agglomerering av pulverpartiklene. Det ag-glomererte pulver kan lett pulveriseres ved en lett knusing, for eksempel til et pulver som passerer gjennom en sikt med 100 mesh pr. tomme. Pulveret formes nu til det ønskede legeme, og det formede legeme sintres til slutt ved en temperatur på minst 1000°C, fortrinnsvis minst 1100°C. If the soft-annealed powder thus produced is to be used for the production of finished articles, it is taken out of the container in which it was annealed. The soft-annealing process causes some sintering or agglomeration of the powder particles. The agglomerated powder can be easily pulverized by a light crushing, for example into a powder that passes through a sieve with 100 mesh per empty. The powder is now shaped into the desired body, and the shaped body is finally sintered at a temperature of at least 1000°C, preferably at least 1100°C.

Denne formning utføres fortrinnsvis på vanlig måte ved å presse pulveret med et trykk på 4—8 tonn pr. cm2. Alternativt kan pulveret formes uten trykk. Man kan for eksempel lage et filter ved å legge pulveret løst i en keramisk form og sintre pulveret i formen, idet pulveret da fortrinnsvis har i det vesentlige ensartet partikkel-størrelse. Et legeme som lages på denne måten vil i alminnelighet ha høyere porø-sitet og mindre styrke enn et legeme som er laget av sammenpresset pulver. This shaping is preferably carried out in the usual way by pressing the powder with a pressure of 4-8 tonnes per cm2. Alternatively, the powder can be shaped without pressure. You can, for example, make a filter by placing the powder loosely in a ceramic mold and sintering the powder in the mold, the powder then preferably having an essentially uniform particle size. A body made in this way will generally have higher porosity and less strength than a body made from compressed powder.

Ved sintringsprosessen smelter overflatene av nærliggende partikler lett sammen, fordi overflatene er rene. Man bør fortrinnsvis bruke en beskyttende gass som hydrogen eller cracked ammoniakk. Hvis det brukes hydrogen, vil det sintrede legeme få maksimal duktilitet. Hvis man bru-ker spaltet ammoniakk vil det dannes nitrider i stålet, hvilket gir et hårdere stål, som fører til lavere duktilitet og en høyere bruddstyrke i det ferdige legeme. Prosent-innholdet av nitrider i stålet kan holdes relativt lavt ved at man holder en lav nitrogenprosent i ovnens atmosfære, for eksempel ved å sende den spaltede ammoniakk gjennom ovnen med liten has-tighet eller ved å inneslutte de gjenstander som skal sintres i et beskyttende pulver, for eksempel aluminiumoksyd-pulver. Som nedenfor beskrevet, kan det være ønskelig å innføre en høy prosentsats av nitrider i stålet for å lage et preparat utenfor sig-mafasens område. En slik høy prosentsats av nitrider kan frembringes ved å sintre gjenstandene i en atmosfære som inneholder en høy prosentdel nitrogen. In the sintering process, the surfaces of neighboring particles fuse together easily, because the surfaces are clean. A protective gas such as hydrogen or cracked ammonia should preferably be used. If hydrogen is used, the sintered body will have maximum ductility. If split ammonia is used, nitrides will form in the steel, which results in a harder steel, which leads to lower ductility and a higher breaking strength in the finished body. The percentage content of nitrides in the steel can be kept relatively low by keeping a low nitrogen percentage in the furnace atmosphere, for example by sending the split ammonia through the furnace at low speed or by enclosing the objects to be sintered in a protective powder , for example aluminum oxide powder. As described below, it may be desirable to introduce a high percentage of nitrides into the steel to create a preparation outside the sigma phase area. Such a high percentage of nitrides can be produced by sintering the objects in an atmosphere containing a high percentage of nitrogen.

Sintringen bør fortrinnsvis drives så vidt at det ferdige legeme får en styrke som er større enn i den opprinnelige blokk. Man kan lett oppnå en slik styrke, også hvis. man lager gjenstander med høy po-røsitet. Blokken har lav styrkegrad, som nevnt foran, på grunn av karbidene og nitridene på grenseflatene. The sintering should preferably be carried out to such an extent that the finished body has a strength that is greater than in the original block. One can easily achieve such strength, even if. objects with high porosity are made. The block has a low degree of strength, as mentioned above, due to the carbides and nitrides on the interfaces.

Et legeme som er fremstilt overens-stemmende med oppfinnelsen har god korrosjonsmotstand. Prosentmengden av krom er den viktigste faktor til å bestemme kor-rosjonsmotstanden i et stål, og derfor har pulverpartikler som inneholder 40 pst. krom større korrosjonsmotstand enn slike som inneholder 18 pst. krom. Dette gjelder også for legemer som er laget av slike pulverpartikler. Et porøst legeme har alltid lavere korrosjonsmotstand enn et fast legeme, og det er derfor fordelaktig at oppfinnelsen gjør det mulig å lage porøse legemer med en korrosjonsmotstand . som er nesten like høy som i et vanlig fast rustfritt stål. A body produced in accordance with the invention has good corrosion resistance. The percentage amount of chromium is the most important factor in determining the corrosion resistance of a steel, and therefore powder particles containing 40 per cent chromium have greater corrosion resistance than those containing 18 per cent chromium. This also applies to bodies made of such powder particles. A porous body always has lower corrosion resistance than a solid body, and it is therefore advantageous that the invention makes it possible to make porous bodies with a corrosion resistance. which is almost as high as in a regular solid stainless steel.

En interessant anvendelse av oppfinnelsen er fremstilling av legemer med høy porøsitet, for eksempel med porevolum 40 —50 pst.. Slike porøse gjenstander brukes for eksempel til selvsmørende lagre og til filtre. Man kan få god s*tyrke også ved fremstillingen av slike legemer på grunn av pulverpartiklenes gode evne til å sveises sammen. Pulverpartiklenes form og overflate har betydning ved fremstilling av filtre. Partiklene er glatte og har en enkel fasong, hvorved de yder liten motstand mot strømning av en gass eller en væske gjennom filtret. Den enkle partik-kelform er illustrert i den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser en typisk partikkel ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 den typiske form for en partikkel som er blitt fremstilt ved forstøvning av smeltet rustfritt stål. An interesting application of the invention is the production of bodies with high porosity, for example with a pore volume of 40-50 percent. Such porous objects are used, for example, for self-lubricating bearings and for filters. Good strength can also be obtained in the production of such bodies due to the good ability of the powder particles to be welded together. The shape and surface of the powder particles are important in the manufacture of filters. The particles are smooth and have a simple shape, whereby they offer little resistance to the flow of a gas or a liquid through the filter. The simple particle shape is illustrated in the accompanying drawing, where fig. 1 shows a typical particle according to the invention, and fig. 2 the typical shape of a particle which has been produced by atomizing molten stainless steel.

Hvis man ønsker å lage en halvferdig gjenstand som skal underkastes en senere valseprosess for eksempel, så skal det sprø pulver være innelukket i en metallbeholder under myk-glødeprosessen som foran beskrevet. Beholderens innervegg bør fortrinnsvis være dekket av et skillemiddel, som før omtalt. Efter myk-glødeprosessen blir beholderen og det myke pulver i den underkastet en sammenpresning for å presse pulveret sammen til et i det vesentlige tett, porefritt legeme. Denne sammenpresning kan bestå i at beholderen presses sammen i en hydraulisk presse, eller i at beholderen sendes mellom to valser. Beholderen og det sammenpressede pulver i denne oppvarmes så til sintrings-temperatur, fortrinnsvis 1100—1350°C, og sintres en tid for å få frem et stål med den ønskede tetthet. Beholderen kan nu fjernes fra det sin trede stål-legeme, som derpå underkastes for eksempel en varm-valseprosess. Men hvis skillemidlet effek-tivt skiller beholderen fra det sintrede stål-legeme, kan beholderen få bli på stål-legemet under den påfølgende varmevals-ning. If you want to make a semi-finished object which is to be subjected to a later rolling process, for example, then the brittle powder must be enclosed in a metal container during the soft-annealing process as described above. The inner wall of the container should preferably be covered with a separating agent, as previously mentioned. After the soft-annealing process, the container and the soft powder in it are subjected to compression to compress the powder into a substantially dense, pore-free body. This compression can consist in the container being pressed together in a hydraulic press, or in the container being sent between two rollers. The container and the compressed powder in it are then heated to the sintering temperature, preferably 1100-1350°C, and sintered for a time to produce a steel with the desired density. The container can now be removed from its third steel body, which is then subjected to, for example, a hot-rolling process. But if the separating agent effectively separates the container from the sintered steel body, the container can be allowed to remain on the steel body during the subsequent hot rolling.

Det er viktig at den sprø fase ikke må få gjenoppstå efter myk-glødeprosessen så det ferdige stål blir sprøtt. Hvis derfor pulveret eller stålet får adgang til å avkjø-les mellom de enkelte trinn i fremstillingen, må det kritiske temperaturområde 600 It is important that the brittle phase must not be allowed to re-emerge after the soft annealing process so that the finished steel becomes brittle. If the powder or steel is therefore allowed to cool between the individual steps in the production, the critical temperature range 600

—900 °C passeres så fort som mulig. Alternativt kan det tilsettes til pulveret en bestanddel som motvirker tendensen til gjen-oppretting av den sprø fase. Når denne -900 °C is passed as quickly as possible. Alternatively, a component can be added to the powder which counteracts the tendency to re-establish the brittle phase. When this one

tendens er fjernet eller motvirket, kan tendency is removed or counteracted, can

det ferdige stål brukes innen det nevnte kritiske temperaturområde som er nevnt the finished steel is used within the critical temperature range mentioned

foran. Den omtalte bestanddel kan være et metallpulver som legerer seg med det in front of. The component referred to may be a metal powder that alloys with it

sprø pulver, hvorved dettes sammensetning friable powder, whereby its composition

forandres slik at det faller utenfor det område hvor den sprø fase eksisterer. En tilsetning av et slikt metallpulver må ikke redusere krominnholdet i det ferdige stål til under 2 pst., og fortrinnsvis ikke til under 20 pst. Tilsetningen kan bestå av jern is changed so that it falls outside the area where the brittle phase exists. An addition of such a metal powder must not reduce the chromium content in the finished steel to less than 2 per cent, and preferably not to less than 20 per cent. The addition may consist of iron

eller aluminium for eksempel. Aluminium tilsettes fortrinnsvis som en Fe-Al-legering, for eksempel en tilsetning på 10 pst. av en legering som inneholder 50 pst. jern og 50 pst. aluminium, hvorved det fremkommer et ferdig stål som inneholder tilnærmet 5 pst. aluminium. Alternativt kan or aluminum for example. Aluminum is preferably added as an Fe-Al alloy, for example an addition of 10 per cent of an alloy containing 50 per cent iron and 50 per cent aluminium, resulting in a finished steel containing approximately 5 per cent aluminium. Alternatively, you can

det sprø pulver glødes i nitrogen for å lage the brittle powder is annealed in nitrogen to make

et ferdig stål med høyt nitridinnhold, noe som fører til en stålsammensetning som faller utenfor sigma-fasens område. a finished steel with a high nitride content, leading to a steel composition that falls outside the range of the sigma phase.

Som foran nevnt er det ønsket at det sprø pulver skal ha liten partikkelstørrelse, As mentioned above, it is desired that the friable powder should have a small particle size,

for å få frem et stål med liten kornstør-relse. Økningen i kornstørrelse i det fer- to produce a steel with a small grain size. The increase in grain size in the four

dige stål reduseres eller elimineres hvis partiklene i det sprø pulver på overflaten har et tynt oksydlag. Et slikt tynt oksydlag oppløses delvis i stålet under sintringsprosessen, og det er altså ikke skadelig, for sintringsprosessen. De uoppløste deler av oksydlaget vil ligge mellom tilstøtende korn i det ferdige stål, og danner således en hindring for økningen i kornstørrelse. Luften som er tilstede mellom de sprø pulverpartikler i beholderen frembringer et slikt tynt oksydlag. Resultatet vil bli bedre hvis man innfører rent oxygen istedenfor luft før beholderen lukkes. Alternativt kan oksydpartikler som reduserer kornstørrel-sen frembringes i stålet ved å tilsette en liten mengde finfordelt oksydpulver, for eksempel jernoksyd. dige steel is reduced or eliminated if the particles in the brittle powder on the surface have a thin oxide layer. Such a thin oxide layer partially dissolves in the steel during the sintering process, and is therefore not harmful to the sintering process. The undissolved parts of the oxide layer will lie between adjacent grains in the finished steel, and thus form an obstacle to the increase in grain size. The air present between the brittle powder particles in the container produces such a thin oxide layer. The result will be better if pure oxygen is introduced instead of air before the container is closed. Alternatively, oxide particles that reduce the grain size can be produced in the steel by adding a small amount of finely divided oxide powder, for example iron oxide.

Som før nevnt har det vanlige rustfri stål, det såkalte 18/8-stål, en sterk tendens til å bli hårdt når det bearbeides kaldt, og dette er uønsket ved pulvermetallurgisk fremstilling. Denne ulempe oppstår ikke i rene jern-kromlegeringer, men slike legeringer opptrer som bløtt jern hvis de kald-bearbeides. I praksis betyr dette at atomi-sert stålpulver av 18/8-typen må presses og sintres to ganger for å få frem legemer med tilfredsstillende styrke. Oppfinnelsen gir høyere styrke efter én presse-eller sammentrykningsoperasjon, fulgt av bare én sintringsprosess. Sintringstempe-raturen for ferritiske materialer er tilnærmet 50—100°C lavere enn for austenitiske atomiserte materialer. Oppfinnelsen skal så illustreres ved hjelp av tre eksempler. As previously mentioned, the common stainless steel, the so-called 18/8 steel, has a strong tendency to become hard when it is processed cold, and this is undesirable in powder metallurgical production. This disadvantage does not occur in pure iron-chromium alloys, but such alloys behave like soft iron if they are cold-worked. In practice, this means that atomized steel powder of the 18/8 type must be pressed and sintered twice to produce bodies with satisfactory strength. The invention provides higher strength after one pressing or compression operation, followed by only one sintering process. The sintering temperature for ferritic materials is approximately 50-100°C lower than for austenitic atomized materials. The invention will then be illustrated using three examples.

Eksempel 1. Example 1.

Perrokrom og jern ble smeltet i en høyfrekvensovn for å lage to stål med føl-gende sammensetning i vektprosent: Perrochromium and iron were melted in a high-frequency furnace to make two steels with the following composition in percentage by weight:

Det ble støpt staver av de to nevnte s'tål, som ga følgende resultater ved en styrkeprøve: Rods were cast from the two aforementioned s'tål, which gave the following results in a strength test:

Stålene ble støpt til blokker som ble varmebehandlet ved 750°C, stål A i 24 timer, stål B i 2 timer. Efter avkjøling ble blokkene knust og pulverisert til et pulver med følgende sikteanalyse: The steels were cast into blocks which were heat treated at 750°C, steel A for 24 hours, steel B for 2 hours. After cooling, the blocks were crushed and pulverized into a powder with the following sieve analysis:

De to pulvere ble glødet i lukkede blikkbeholdere i 5 timer ved 950—1000°C. Det inntraff en lett sintring, men produk-tet kunne igjen pulveriseres ved sn mild maling til et pulver som gikk gjennom en sikt med 100 mesh pr. tomme. De således fremstilte pulvere hadde god flytehastig-het, nemlig 30 sekunder pr. 50 gram, be-stemt ifølge ASTM. 0,5 pst. sinkstearat ble tilsatt pulverne som smøremiddel, og pulverne ble presset til legemer som derpå ble sintret i en time ved 1150°C. Resultater: The two powders were annealed in closed tin containers for 5 hours at 950-1000°C. Slight sintering occurred, but the product could again be pulverized by gentle grinding into a powder that passed through a sieve with 100 mesh per empty. The powders produced in this way had a good flow rate, namely 30 seconds per 50 grams, determined according to ASTM. 0.5% zinc stearate was added to the powders as a lubricant, and the powders were pressed into bodies which were then sintered for one hour at 1150°C. Results:

I. Trykk 6 tonn/cm2: I. Pressure 6 tons/cm2:

Sintring i spaltet ammoniakk Sintring i spaltet ammoniakk Sintering in split ammonia Sintering in split ammonia

Sintring i hydrogen. Sintering in hydrogen.

De således fremstilte legemer hadde høy bruddstyrke og stor forlengelse. Til sammenligning ble rent jernpulver sintret under de samme betingelser til samme po- The bodies produced in this way had high breaking strength and great elongation. For comparison, pure iron powder was sintered under the same conditions to the same po-

røsitet, og dette ga legemer med brudd- brittleness, and this produced bodies with fracture-

styrke 12 kg/mms og forlengelse 2 pst. strength 12 kg/mms and elongation 2 percent.

Hvis de nevnte jernlegemer ble impregnert If the aforementioned iron bodies were impregnated

med kobber efter sintringen, kunne brudd- with copper after sintering, fracture could

styrken økes til 39 kg/mm2 og forlengelsen til ca. 4 pst. the strength is increased to 39 kg/mm2 and the elongation to approx. 4 percent

Eksempel 2. Example 2.

Det ble laget et pulver efter den frem- A powder was made after the

gangsmåte som er beskrevet i eksempel 1, procedure described in example 1,

idet pulveret hadde sammensetning B og gjennomsnittlig partikkelstørrelse 0,2—0,5 as the powder had composition B and an average particle size of 0.2-0.5

mm. Grovere og finere partikler ble fjer- etc. Coarser and finer particles were removed

net ved sikting. Pulveret ble glødet som be- net when aiming. The powder was annealed as be-

skrevet, og derpå findelt slik at det opp- written, and then broken down so that it

rettholdt den definerte partikkelstørrelse. maintained the defined particle size.

Det ble tilblandet et smøremiddel, og pul- A lubricant was added, and pul-

veret ble presset med et trykk på ca. 3 the vessel was pressed with a pressure of approx. 3

tonn/cm2 til plane, sirkulære filterplater med diameter 50 mm og tykkelse 5 mm. tonnes/cm2 for flat, circular filter plates with a diameter of 50 mm and a thickness of 5 mm.

Tettheten av de pressede plater var til- The density of the pressed plates was

nærmet 5,3 g/cm<:!>. approached 5.3 g/cm<:!>.

Platene ble sintret 1 time ved 1150°C The plates were sintered for 1 hour at 1150°C

i spaltet ammoniakk. Tettheten efter sin- in split ammonia. The density after its

tringen var 5,4, svarende til en porøsitet på ca. 45 pst. Bruddstyrken i de sintrede plater var ca. 10 kg/mm2, og forlengelsen cirka 0,6 pst. Følgelig har også et slikt høy- ring was 5.4, corresponding to a porosity of approx. 45 per cent. The breaking strength in the sintered plates was approx. 10 kg/mm2, and the elongation approximately 0.6 percent. Consequently, such a high-

porøst legeme en styrke og forlengelse som er bedre enn det faste materiale i den blokk som ble brukt som utgangsmateriale. porous body a strength and elongation that is better than the solid material in the block that was used as starting material.

Eksempel 3. Example 3.

Det ble laget et stål med sammenset- A steel was made with composite

ning nothing

på vanlig måte i en høyfrekvensovn. Stålet ble støpt til en blokk, og denne ble var- in the usual way in a high frequency oven. The steel was cast into a block, and this was

mebehandlet i 10 timer ved 760°C. Dette førte til at den opprinnelige ferritiske struktur ble omdannet til den sprø sigma- treated for 10 hours at 760°C. This led to the original ferritic structure being transformed into the brittle sigma-

fase. Den sprø blokk ble pulverisert til et pulver med partikkelstørrelse under 0,04 phase. The brittle block was pulverized into a powder with a particle size below 0.04

mm. Pulveret ble blandet med ca. 10 vekt- etc. The powder was mixed with approx. 10 weight-

prosent av et pulver med partikkelstørrelse mindre enn 0,04 mm, som besto av en le- percent of a powder with a particle size of less than 0.04 mm, which consisted of a le-

gering av 63,5 pst, jern og 36,5 pst. alumi- miring of 63.5 percent iron and 36.5 percent aluminum

nium. Den resulterende pulverblanding hadde sammensetningen nine. The resulting powder mixture had the composition

Denne pulverblanding ble fylt i jern- This powder mixture was filled into iron

rør med lengde 130 cm, ytre diameter 120. tube with length 130 cm, outer diameter 120.

mm, og veggtykkelse 4 mm. Det var satt bunn på rørene ved sveising. Rørene ble vibrert for å ryste sammen pulveret til en tetthet 3,9 g/cm<:i>. Topp-endevegger ble så mm, and wall thickness 4 mm. The pipes had been bottomed by welding. The tubes were vibrated to agitate the powder to a density of 3.9 g/cm<:i>. Top end walls were so

satt på ved sveising. Hvert av de rør som var fylt på denne måten veide ca. 50 kilo. put on by welding. Each of the tubes filled in this way weighed approx. 50 kilos.

Rørene ble så oppvarmet til 1100°C i The tubes were then heated to 1100°C i

en ojefyrt ovn av den type som er vanlig brukt i valseanlegg, og de ble så valset mel- an unfired furnace of the type commonly used in rolling mills, and they were then rolled into

lom valser med V-formede spor. Valsin- loam rollers with V-shaped grooves. Waltz-

gen ble fortsatt til temperaturen var om- gene was continued until the temperature was about

kring 950°C. Denne valseprosess førte til stenger med kvadratisk tverrsnitt 75 x 75 around 950°C. This rolling process led to bars with a square cross-section of 75 x 75

mm. Nevnte stenger som inneholdt for- etc. Said bars which contained pre-

presset pulver, ble nu oppvarmet til ca. pressed powder, was now heated to approx.

1300°C og igjen valset mellom valser med V-formede spor. Denne valsingen ble fort- 1300°C and again rolled between rollers with V-shaped grooves. This rolling was fast-

satt til temperaturen var 950°C. De frem- set until the temperature was 950°C. The forward-

komne stenger hadde tverrsnitt som et kvadrat med sider 30 x 30 mm. Denne siste varme- og valseprosess førte til en full- the resulting bars had a cross-section like a square with sides 30 x 30 mm. This last heating and rolling process led to a full

stendig sammenpressing og sintring av det for-pressede pulver til et kompakt legeme. constant compression and sintering of the pre-pressed powder into a compact body.

Krystallografisk undersøkelse viste at stå- Crystallographic examination showed that stand-

let ikke inneholdt noen porer og var full- did not contain any pores and was full-

stendig ferritisk. permanently ferritic.

Det ytre jerndekke ble nu fjernet fra The outer iron cover was now removed

stålet, som så ble valset til rustfri strim- the steel, which was then rolled into stainless steel strips

mel- og trådprodukter. flour and thread products.

Claims

1. Process for producing bodies of ferritic stainless steel with a chromium content of 20-55 per cent, preferably 30-55 per cent, characterized in that the molten steel is cast into a block in a block mold, that the block is subjected to a

co-treatment at 600-900°C for a few hours to a few days to produce a brittle phase in the block, after which the brittle block is pulverized and the brittle powder is heated to a temperature between 900 and 1100°C for such a long time that the brittle phase disappears , and the soft powder is sintered at at least 1000°C so that the desired body is formed.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the soft powder is formed under pressure into the desired body and the body is sintered at a temperature of at least 1000°C to a higher strength than the strength of the original block.

3. Method as stated in claim 2 for the production of a filter, characterized in that the filter is formed from a soft powder with essentially uniform particle size, that said filter is sintered and that the sintering is stopped while the filter still has considerable porosity.

4. Method as stated in claim 2, characterized in that the powder is enclosed in a closed container made of sheet metal during the soft annealing process, and that said container is then cut open.

5. Method as stated in claim 1, characterized in that the brittle powder is enclosed in a metal container, that the container and the powder are heated to a temperature between 900 and 1000°C until the brittle phase disappears, that the container and the soft powder inside this is heat-processed to compress the powder, and that the hot-processed container and the compressed powder inside this are heated to a temperature of at least 1000°C so that the compressed powder sinters and the desired body is formed.

6. Method as stated in claim 1, characterized in that the brittle block is pulverized to a particle size below 0.04 mm.

7. Procedure as stated in the stand 1, characterized in that it friable powder is mixed with a component, e.g. aluminum and/or iron, which reduces the tendency for the brittle phase to be recreated in the powder and in the finished steel.

8. Method as stated in claim 5, characterized in that the friable powder is enclosed in an iron container which has a separator on its inner wall, e.g. of aluminium, to prevent the powder from being welded to the container.

9. Method as stated in claim 5, characterized in that the air in the container is replaced with oxygen, the oxygen forming a thin oxide layer on the surface of the powder particles during the heat treatment.

10. Method as stated in claim 5, characterized in that the container is removed from the sintered steel body, and that the sintered steel body is subjected to a heat treatment such as rolling or forging.